本發(fā)明專利技術(shù)屬于無損檢測領(lǐng)域，涉及一種太赫茲復(fù)合材料無損檢測方法，包括以下步驟：S1：對待檢材料試樣進(jìn)行預(yù)處理；S2：判斷待檢材料試樣是否對太赫茲波有響應(yīng)，若無則結(jié)束；S3：測量待檢材料試樣厚度；S4：對待檢材料試樣進(jìn)行太赫茲光譜測試，確定延遲線范圍；S5：設(shè)置延遲線步長；S6：設(shè)置成像掃描范圍；S7：設(shè)置成像掃描步長；S8：夾持待檢材料試樣；S9：確定太赫茲波焦點位置；S10：將待見材料試樣中心與太赫茲波焦點重合，進(jìn)行掃描成像；S11：計算待檢材料試樣缺陷深度；S12：進(jìn)行太赫茲時域切片襯度成像。
1、目前常用的復(fù)合材料無損檢測方法主要有超聲波法、x射線法、計算機層析照相法、熱成像法和目視法。超聲波法可以探測復(fù)合材料內(nèi)部的疏松、分層、夾雜物、空隙等等缺陷，但是超聲波的波長較長，容易在微小裂紋處衍射，且需要使用耦合劑，對不同缺陷要換用的探頭較多；x射線法可以對表面和內(nèi)部的缺陷進(jìn)行探測，但是x射線對人體有害限制了其應(yīng)用場景；計算機層析照相法具有很高的空間分辨率，可以三維成像，但是檢測效率低，成本高昂，也不適合平面薄板以及大型構(gòu)件的現(xiàn)場檢測；熱成像法對材料的導(dǎo)熱率有要求，同時樣品厚度不能太厚；目視法簡單，但是受工人經(jīng)驗影響大，只能檢測表面的缺陷。
2、太赫茲波是位于毫米波和紅外光之間的一段電磁波，頻率范圍在0.1～10thz之間，具有穿透性、寬帶性、相干性、瞬時性以及無損性等特點。thz波對很多非金屬和非極性電介質(zhì)材料具有很強的穿透力，可實現(xiàn)對復(fù)合材料中微結(jié)構(gòu)和微缺陷的非接觸式檢測分析。基于znte晶體的thz光譜儀和成像系統(tǒng)，可以實現(xiàn)航天器熱防護(hù)結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)機隱身涂層防護(hù)結(jié)構(gòu)的快速無損檢測，對于復(fù)合材料內(nèi)部的微裂紋、纖維分層、界面開裂、纖維卷曲、孔洞等缺陷實現(xiàn)直接觀察。太赫茲的無損檢測是利用太赫茲電磁信號的反射性、穿透性，結(jié)合各種成像技術(shù)，對材料中的缺陷進(jìn)行檢測。通過對被掃描樣品的太赫茲頻段吸收峰、折射率等信息進(jìn)行掃描成像分析，以判斷被測物品的狀態(tài)，實現(xiàn)對復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)和微缺陷的非接觸式檢測分析以及準(zhǔn)確定量。
>3、反射式太赫茲無損檢測利用太赫茲波對于缺陷與正常的界面十分敏感的特點，檢測缺陷的深度信息。折射率不同的物質(zhì)之間會產(chǎn)生界面，每一個的界面都會反射入射太赫茲脈沖的一部分，兩個界面所反射的太赫茲回波之間的時間延遲對應(yīng)于每一層的厚度。太赫茲波在正常的復(fù)合材料板基底和缺陷(分層，脫粘，夾雜)的界面處會反射太赫茲回波，通過這些太赫茲脈沖回波之間的時間延遲可以測量缺陷的深度和厚度。而透射式太赫茲的無損檢測，利用thz波穿透復(fù)合材料板基底和缺陷的響應(yīng)不同的特點，采用thz脈沖掃描成像系統(tǒng)，實現(xiàn)對復(fù)合材料板中的缺陷進(jìn)行二維成像。但是目前該項技術(shù)的應(yīng)用僅限于實驗室測試，對復(fù)合材料的檢測由于沒有形成明確的測試方法，目前無法在產(chǎn)品上應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)目的：為解決復(fù)合材料板內(nèi)部缺陷無法準(zhǔn)確定位的難題，本專利技術(shù)提出了一種太赫茲復(fù)合材料無損檢測方法，用于復(fù)合材料板內(nèi)部缺陷的檢測和定位。
2、技術(shù)方案
3、一種太赫茲復(fù)合材料無損檢測方法，包括以下步驟：
4、s1：對待檢材料試樣進(jìn)行預(yù)處理；
5、s2：判斷待檢材料試樣是否對太赫茲波有響應(yīng)，若無則結(jié)束；
6、s3：測量待檢材料試樣厚度
7、s4：對待檢材料試樣進(jìn)行太赫茲光譜測試，確定延遲線范圍；
8、s5：設(shè)置延遲線步長；
9、s6：設(shè)置成像掃描范圍；
10、s7：設(shè)置成像掃描步長；
11、s8：夾持待檢材料試樣；
12、s9：確定太赫茲波焦點位置；
13、s10：將待檢材料試樣中心與太赫茲波焦點重合，進(jìn)行掃描成像；
14、s11:確定待檢材料試樣缺陷深度；
15、s12：進(jìn)行太赫茲時域切片襯度成像。
16、進(jìn)一步，由于太赫茲波對非極性材料具有較強的穿透能力，但是對于某些具有導(dǎo)電能力的材料，其內(nèi)部的高濃度自由載流子對太赫茲具有強的吸收和反射能力，則無法通過太赫茲光譜獲得其表面以下的信息，因此在進(jìn)行太赫茲測試前需要測試待檢試樣材料是否對太赫茲波有響應(yīng)。s2中，設(shè)置太赫茲系統(tǒng)光譜范圍為0.1thz-3thz，延遲線移動距離設(shè)置為100mm；對待檢材料試樣進(jìn)行測試，觀察太赫茲光譜圖中是否出現(xiàn)反射峰；若太赫茲波峰振幅超過滿刻度的5％，則判斷待檢材料試樣對太赫茲波有響應(yīng)。
17、進(jìn)一步，為準(zhǔn)確測試缺陷的位置及厚度，需對待檢材料試樣厚度進(jìn)行精確測量。厚度測試過程如下：
18、對于反射式測試，控制太赫茲波以45°斜射入待測材料試樣表面；對于透射式測試，控制太赫茲波以90°斜射入待測材料試樣表面；測量延遲時間；根據(jù)延遲時間計算待測材料試樣厚度d；
19、公式如下：
20、
21、其中c為真空中光速，δt為延遲時間，nc為樣品折射率，n0代表空氣折射率。
22、進(jìn)一步，對于反射式測試，延遲線范圍主要決定了太赫茲時域光譜的測量范圍，該范圍要保證太赫茲測試過程中時域信號的時間窗口中必須包含參考信號主峰和樣品信號主峰。確定延遲線范圍過程如下：
23、設(shè)置延遲線移動范圍為一維移動平臺移動范圍的上下限，移動步長設(shè)置為0.015mm；
24、對待檢材料試樣進(jìn)行反射式太赫茲時域光譜測試，獲得表面峰值位置x1和底面峰值位置x2，延遲線范圍即為x1～x2。
25、進(jìn)一步，對于透射式測試，延遲線范圍主要決定了太赫茲時域光譜的測量范圍，該范圍要保證太赫茲測試過程中時域信號的時間窗口中必須包含參考信號主峰和樣品信號主峰。確定延遲線范圍過程如下：
26、在不放置待檢材料試樣時，將延遲線移動范圍設(shè)置為最小值至最大值，確定參考信號峰位x1mm；
27、裝夾待檢材料試樣，設(shè)置延遲線移動范圍為x1+1mm至最大值，測得待檢材料試樣透射信號峰位x2，延遲線范圍確定為x1～x2。
28、進(jìn)一步，s5中，延遲線移動步長決定太赫茲時域光譜的時間分辨率，延遲線移動步長越大，太赫茲時域光譜的時間分辨率越差；減小延遲線移動步長能夠提高時間分辨率，但也會增加測試時長，一般設(shè)置為在滿足分辨率的前提下，縮短測試時長。延遲線步長設(shè)置方式如下：
29、首先設(shè)置延遲線移動步長為0.001mm并測試參考信號，得到清晰的太赫茲脈沖波形；
30、隨后逐漸增大步長并測試參考信號，直到步長增大至太赫茲脈沖信號的峰位與0.001mm步長下的太赫茲脈沖信號峰位之差δt不能滿足深度精度要求：δt×c/2>d0,d0為要求的深度分辨率；
31、則延遲線移動步長最大值為δt×c/2；δt為空氣中太赫茲脈沖的半高峰寬，c為空氣中的光速。
32、進(jìn)一步，s6中，成像掃描范圍決定了太赫茲波檢測的圖像范圍，一般應(yīng)能夠在一個圖像中顯示允許的缺陷尺寸。成像掃描范圍比允許缺陷尺寸大50％。
33、進(jìn)一步，s7中，成像掃描步長是指在利用透射式太赫茲脈沖掃描成像系統(tǒng)對樣品進(jìn)行掃描成像時，不同像素點之間的間隔。成像掃描步長對測試結(jié)果有重要影響。若成像掃描步長過大，可能會出現(xiàn)缺陷尺寸小于步長而被略過，即成像精度低，無法有效識別缺陷的情況；若成像掃描步長過小，可能會延長測試時長，并且對成像精度提升效果不明顯，降低測試效率。成像掃描步長應(yīng)能夠滿足同一缺陷在兩次重復(fù)掃描時均能夠發(fā)現(xiàn)。成像掃描步長應(yīng)小本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種太赫茲復(fù)合材料無損檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：S2中，設(shè)置太赫茲系統(tǒng)光譜范圍為0.1THz-3THz，延遲線移動距離設(shè)置為100mm；對待檢材料試樣進(jìn)行測試，觀察太赫茲光譜圖中是否出現(xiàn)反射峰；若太赫茲波峰振幅超過滿刻度的5％，則判斷待檢材料試樣對太赫茲波有響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：對于反射式，厚度測試過程如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：對于透射式，厚度測試過程如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：對于反射式測試，確定延遲線范圍過程如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：對于透射式測試，確定延遲線范圍過程如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于：S5中，延遲線步長設(shè)置方式如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：S6中，成像掃描范圍比允許缺陷尺寸大50％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：S7中，成像掃描步長小于允許缺陷尺寸的50％。</p>10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：S9中，確定太赫茲波焦點位置過程如下：首先在不放置樣品的條件下，測量參考信號，將延遲線位置移動到信號峰值對應(yīng)的位置；
...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種太赫茲復(fù)合材料無損檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：s2中，設(shè)置太赫茲系統(tǒng)光譜范圍為0.1thz-3thz，延遲線移動距離設(shè)置為100mm；對待檢材料試樣進(jìn)行測試，觀察太赫茲光譜圖中是否出現(xiàn)反射峰；若太赫茲波峰振幅超過滿刻度的5％，則判斷待檢材料試樣對太赫茲波有響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：對于反射式，厚度測試過程如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：對于透射式，厚度測試過程如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：對于反射式測試，確定延...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張亞榮，楊書勤，張家瑞，陳彤，李進(jìn)，張敬彤，王景海，張軍紅，孫永剛，王奕力，
申請(專利權(quán))人：陜西飛機工業(yè)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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